华北平原种养一体规模化农场氮素流动特征及利用效率——以河北津龙循环农业园区为例

种养一体规模化、集约化是华北平原农业发展的必然趋势,而氮素是连接种植养殖的主要养分资源,以河北津龙循环农业园区为例,采用文献资料、实地调查方法分析农场水平氮素流动特征及利用率,并通过情景分析方法提出农场氮素管理措施,为实现农场水平氮养分资源高效利用、提高农场生产系统生产力和改善华北平原循环农业模式提供技术支撑和科学依据.结果表明: 在农场水平下,化肥和有机肥输入氮量674.6 kg·hm^-2·a^-1,占总输入氮量的88.3%,氮利用率为41.5%,种植系统氮盈余量190.7 kg·hm^-2·a^-1,施氮量过多是造成种植系统氮利用率低和氮素盈余量高的主要原因.养殖系统中外购饲料提供氮量占饲料总输入氮量的83.2%,粪尿排氮量为776.6 t·a^-1,而还田比例仅为36.3%,氮利用率19.7%.农场水平氮总利用率为40.7%.情景分析表明,农田减少化肥施氮量50%(情景1)、增加来自农场内部玉米籽粒产量(情景2)措施,可分别使种植系统氮利用率提高34.6%和15.6%,同时农场水平氮总利用率分别提高18.7%和9.8%;另外,优化养殖系统饲料结构(情景3),可使氮总利用率提高19.1%.因此,减少化肥氮施用量、调整作物种植结构、优化饲料结构等,是提高农场氮生产力和实现环境友好双赢效果的措施和途径.     

南京城市化食物生产消费系统氮素流动变化

城市化的发展对食物生产消费过程中氮素的流动产生了一定的影响。以1995—2012年南京市食物生产消费变化为基础,分析了食物生产消费过程中氮素的流动变化及其引起的环境负荷。结果表明,农村和城镇人均食物氮消费量分别由1995年的5.09 kg人~(-1)a~(-1)和3.04 kg人~(-1)a~(-1)下降至2012年的4.11 kg人~(-1)a~(-1)和2.65 kg人~(-1)a~(-1);与1995年相比,南京市食物消费代价降低了39.29%;农田系统和畜禽养殖系统氮素综合利用率由1995年的18.71%增加至2012年的24.34%,整体低于全国水平,大量的氮素进入环境;1995年食物链引起氮素的环境负荷为100.49 Gg N/a,到2012年下降至69.90 Gg N/a,下降了30.44%。南京城市化的发展增加了食物进口,会使食物生产地的氮环境负荷大幅度增加。     

城镇化对我国食物消费系统氮素流动及循环利用的影响

城镇化的快速发展,在改变养分氮素流动模式的同时带来了巨大的生态环境压力和严重的污染问题.以1982年、1992年和2002年我国城镇与农村居民食物消费系统氮素流动为对象,采用物质流分析方法,探讨了城镇化对氮素流动特征及循环利用率的影响.结果表明:2002年我国城镇居民人均消费氮量为4.770kg,高于农村居民(4.314kg)10%.1982年到2002年,随着城镇化率的提高,城镇居民消费的食物氮提高了145.3%,农村减少了8.1%;城镇排入水体环境的氮增加了18.4倍,而氮素循环利用率只有13.0%,降低了40个百分点.情景分析结果表明,如果在人口增加的同时,食物结构达到国家营养纲要的标准,到2010年我国植物性氮消费量比2002年将增多142.3万t,增加了37.6%,动物性氮消费量将增多53.8万t,增加了 27.1%,城镇产生的粪尿和垃圾中氮将增加126万t.因此,伴随城镇化快速发展,在带来食物氮素需求和环境排放氮素大幅度增加的同时,也会对动植物生产带来巨大压力.     

京郊典型集约化"农田-畜牧"生产系统氮素流动特征

城郊畜牧业的集约化发展在满足人们日益增长的肉蛋奶等动物性产品需求的同时,也带来了巨大的环境压力。本文利用养分流动和模型分析的方法,分析北京市郊区某村三种不同类型"农田-畜牧"生产系统(大型集约化种猪场、种养结合小规模生态养殖园和集约化单一种植区)的氮素流动特征。结果表明:饲料是集约化种猪场和生态养殖园氮素输入的主要来源,饲料投入氮量分别为12469.0和9268.5 kg.hm-.2a-1);集约化种猪场农牧体系间生产脱节,致使农田氮素输入主要依赖于化肥投入,化肥氮输入量(435.0 kg.hm-.2a-1)占农田氮素输入量的82.7%。相反,生态养殖园农牧体系结合紧密,猪粪尿氮还田比例达28.6%,这使得园区化肥氮输入量仅为135.0 kg.hm-.2a-1,因此畜禽粪尿的合理循环利用可作为减少化肥投入的有效途径;集约化种猪场、生态养殖园和单一种植区农牧生产系统氮素利用效率分别为18.8%、20.6%和17.3%,均处于较低水平;集约化种猪场猪粪尿在猪舍和储藏处理过程的氮素损失率为15.8%和25.4%,分别低于小规模生态养殖园相应损失率约8.7和4.8个百分点;生态养殖园粪肥氮还田量高,导致农田氮素盈余量高达1962.8 kg.hm-.2a-1,未能实现生态型养殖的理想效果,优化氮素管理、确定合理的消纳畜禽粪尿的农田面积和调整畜禽养殖密度是解决该问题的关键。     

我国农牧交错区耕作方式与施氮量对小麦氮素利用的影响

在我国内蒙古自治区赤峰市农牧交错区研究了不同耕作方式及不同施氮量对小麦氮肥吸收利用和产量的影响.结果表明：长期实施保护性耕作使小麦对氮素的利用率提高3%～4%,减轻氮肥对农田环境的污染;保护性耕作有利于促进小麦对氮素的吸收,提高小麦产量.当施氮量由120 kg·hm^-2增加到360 kg·hm^-2时,小麦对氮素的吸收利用由36.5%降低为26%;氮素损失增加约5%,对应的氮素损失量则从60 kg·hm^-2增加到约200 kg·hm^-2,对环境的污染明显增加.小麦对上季残留氮素的利用受耕作方式影响较小,受上季施氮量影响较大,总体趋势为施氮量越高,小麦利用率越低,损失越多.经过两季小麦种植后,小麦-土壤系统回收的总氮素比例约为44%～50%,其中土壤残留氮素约占施氮量的13%～18%.     

太湖上游不同类型过境水氮素污染状况

利用GPS定位,在春、夏、秋、冬4个季节,对地处太湖上游宜兴地区受农田径流、农村生活污水、水产养殖和畜禽养殖污水污染的过境水体氮素污染状况进行了调查,对不同类型水体中不同形态氮浓度的季节性变化特征进行了分析,比较了不同类型水体的15N自然丰度.结果表明:不同类型过境水氮素污染严重,人为影响强烈,不同的农业生产和人类活动具有不同的污染特征;受农田径流影响的河流,水体受铵态氮污染的风险较小,受硝态氮的污染较重;农村居民区河流主要受农村生活污水影响,水体铵态氮负荷较高;畜禽养殖场附近的河流受养殖污水的影响,水体的氮素污染最为严重,尤其是铵态氮负荷最高;相比之下,养殖鱼塘水体总氮最低,主要以有机氮为主;水体氮素污染受河流季节性环境演变的影响,表现为夏季浓度最低,冬季浓度最高;农田施肥是太湖氮污染的主要来源,但在丰水期生活污水和畜禽养殖废水也会成为太湖重要的污染源.     

基于模型和物质流分析方法的食物链氮素区域间流动——以黄淮海区为例

研究利用养分流动的方法建立区域氮素流动模型,试图分析氮素养分在区域间的流动状况.以黄淮海区为例,提出氮素调控策略.结果表明: 2005年,黄淮海区化肥、饲料、植物食物和动物食物氮素盈缺率分别为33%、-120%、38%和65%.养分势是区域食物链养分流动的原动力,此外,人口数、城镇化率、耕地面积、GDP、运输距离、运价、市场价格和政府调控等也是影响食物链氮素养分在区域间流动的重要因素.2005年,黄淮海区是化肥、食物氮素的源,而是饲料氮素的汇.北京地区无论化肥、饲料和食物氮素都为汇.北京地区单位耕地承载外地区调入的氮素养分负荷为872 kg/hm2.即使这些养分全部在本区域返还农田还存在很大的环境风险.因此,对环北京都市圈食物链氮素养分应该进行区域间协同管理.     

惠州地区氮流动力学分析

富营养化是重要的水体污染问题,氮素是富营养化形成的重要因素.采用物流核算的方法研究了中国惠州地区与人类活动有关的氮流在环境系统和人类生产生活系统的状况.采用非点源污染输出系数法定量研究氮流,城市生活污水中氮的排放采用人口氮素摄入 排放法来估算.对惠州地区1998年实测资料氮流过程的统计分析和动力学分析结果表明,该地区主要氮流动力学因素为河流输送、化学肥料和动物饲料输入、人类生产生活、大气氮的转化和沉降、动物排泄物降解挥发以及燃烧过程和其它散发过程中氮的损耗.当年输入本地区的氮素有40%滞留在系统中,这些氮素可能累积从而引发环境问题.河流是系统氮素输出的主要方式,约占57%.同多瑙河和长江流域的比较发现,这3个地区单位面积氮输出量相当,人均氮素贡献率接近.     

氮素减施对茶树光合作用和氮肥利用率的影响

为探讨当前茶园施肥水平下氮素减施对茶树的生长与氮肥利用率的影响,在大田条件下设置不施氮(空白对照CK),纯氮16 kg·667 m^-2(减氮55.6%,处理A)、纯氮26kg·667 m^-2(减氮27.8%,处理B)、纯氮36 kg·667 m^-2(常规施氮CF)4个施氮处理,研究氮素用量减施对茶树光合作用、产量、氮素吸收及其利用效率的影响。结果表明:与CF比较,处理B能提高茶树的叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr),降低胞间CO2浓度(Ci)和水分利用率(WUE);各施氮肥处理中以处理B的产量最高,氮肥农学效率最高,土壤养分剩余较少,氮素的利用效率较高;CF产量较处理B增加不显著,氮肥农学效率降低,土壤未利用养分较多。因此,减氮27.8%的施肥能保证与常规施肥的茶叶产量,氮素利用率明显提升,有利于茶业的可持续发展。     

氮素减施对茶树光合作用和氮肥利用率的影响

为探讨当前茶园施肥水平下氮素减施对茶树的生长与氮肥利用率的影响,在大田条件下设置不施氮(空白对照CK),纯氮16 kg·667 m~(-2)(减氮55.6%,处理A)、纯氮26kg·667 m~(-2)(减氮27.8%,处理B)、纯氮36 kg·667 m~(-2)(常规施氮CF)4个施氮处理,研究氮素用量减施对茶树光合作用、产量、氮素吸收及其利用效率的影响。结果表明:与CF比较,处理B能提高茶树的叶绿素含量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r),降低胞间CO_2浓度(C_i)和水分利用率(WUE);各施氮肥处理中以处理B的产量最高,氮肥农学效率最高,土壤养分剩余较少,氮素的利用效率较高;CF产量较处理B增加不显著,氮肥农学效率降低,土壤未利用养分较多。因此,减氮27.8%的施肥能保证与常规施肥的茶叶产量,氮素利用率明显提升,有利于茶业的可持续发展。     

基于改进三维生态足迹的沈阳市自然资本动态

利用改进后的三维生态足迹模型,对沈阳市1995—2014年自然资本动态变化趋势进行分析.结果表明: 1995—2014年,沈阳市人均生态承载力整体呈小幅波动,人均生态足迹、人均生态赤字、人均足迹广度和足迹深度整体上呈波动式增加;足迹广度和足迹深度的变化率逐渐趋向稳定;耕地自然资本利用从2004年开始由资本流量过渡为资本存量,资本存量取代资本流量成为区域耕地自然资源需要的来源,且存量流量利用比逐渐增大;林地一直在利用资本流量,资本流量占用率基本保持不变;草地和水域一直在利用资本存量,且存量流量利用比逐渐增大;沈阳市的发展处于不可持续状态.协调好自然资本存量消耗与存量流量利用之间的关系是实现沈阳市可持续发展的关键途径之一.可通过开发新能源、合理规划土地和提高土地利用率来减少对自然资本的消耗,同时加强对生态环境的保护,以实现沈阳市的可持续发展.     

城市水资源生态足迹核算模型及应用——以沈阳市为例

水资源生态足迹可以直接反映区域人类社会经济活动对水资源的压力.本研究在现有的生态足迹模型基础上,充分考虑城市自然生态系统对水资源的需求,建立了包括居民日常生活用水、生产运营用水、公共服务用水和生态需水4类帐户的城市水资源生态足迹核算模型,并结合沈阳市实际情况,确定了模型中的相关参数,对沈阳市水资源生态足迹和生态承载力进行分析.结果表明:2000-2009年,沈阳市人均水资源生态足迹总体呈下降态势,但各年度均为水生态赤字;2005年较2000年水资源生态足迹人均下降0.31 hm2,2006、2007年有小幅回升,2008、2009年趋于平稳,说明沈阳市水资源可持续利用状况有一定改善,但仍处于不可持续状态.     

一个农牧结合生态系统营养循环的源,库,流

一个农牧结合生态系统营养循环的源、库、流曾江海,张玉铭（中国科学院石家庄农业现代化研究所０５００２１）Ｓｏｕｒｃｅ,ＰｏｏｌａｎｄＦｌｕｘｏｆＮｕｔｒｉｅｎｔＣｙｃｌｉｎｇｉｎａＣｏｍｂｉｎｅｄＡｇｒｏ－ＡｎｉｍａｌＨｕｓｂａｎｄｒｙＥｃｏｓｙｓｔｅ...     

湖北省不同花生轮作种植体系碳氮足迹

明确作物生产过程的主要碳氮排放环节,可为不同花生轮作种植体系实现高产高效与低碳氮排放的协同效益提供有效参考。本研究对湖北省黄冈市油菜-花生轮作、小麦-花生轮作、花生单作3种种植模式生产过程的农资投入和田间管理措施等进行实地调查,核算该3种种植模式的碳足迹和氮足迹。结果表明: 油菜-花生轮作较小麦-花生轮作单位面积碳排放降低7.8%、单位净现值碳排放降低36.9%、单位面积氮排放降低12.5%、单位净现值氮排放降低41.9%;油菜-花生轮作较花生单作单位净现值碳排放和氮排放分别降低19.6%和30.8%;油菜-花生轮作净收益是小麦-花生轮作的1.4倍、花生单作的2.4倍。表明油菜-花生轮作可实现高产高效与低碳氮排放的协同效益,有利于油料作物的绿色高质高效生产。     

紫云英配施化肥对水稻氮素吸收利用和紫云英氮在水稻-土壤体系分配、残留的影响

明确紫云英配施化肥条件下水稻对氮素吸收利用和紫云英氮在水稻-土壤体系的吸收利用、分配及残留规律,能够为豫南稻区合理施肥提供依据。本研究利用原状土柱模拟和¹⁵N示踪技术,研究等氮条件下不施肥(CK)、化肥+22500 kg·hm^-2紫云英(FM1)、化肥+30000 kg·hm^-2紫云英(FM2)、化肥+37500 kg·hm^-2紫云英(FM3)、化肥+22500 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM1+CaO)、化肥+30000 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM2+CaO)、化肥+37500 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM3+CaO)对水稻氮素吸收利用、水稻-土壤体系氮素养分平衡和紫云英矿化分解的氮在水稻各部位吸收利用、分配及残留的影响。结果表明: 与CK相比,施肥显著提高了稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和氮素表观损失量、氮素盈余量。稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和水稻氮利用率随紫云英翻压量增加呈先升高后降低趋势,氮素表观损失量和氮素盈余量随紫云英翻压量增加呈先降低后上升趋势,均以翻压30000 kg·hm^-2紫云英配施化肥处理效果较好。增施石灰可提高水稻稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和水稻氮利用率,降低氮素表观损失量和氮素盈余量,以FM2+CaO处理效果最好。各施肥处理水稻吸收的氮来源于紫云英的比例为6.3%～13.2%,来源于土壤和肥料的比例为86.8%～93.7%;水稻对紫云英氮的当季利用率为23.8%～33.6%,水稻各部位对紫云英氮的利用率表现为籽粒>茎叶>根;紫云英氮在土壤中的残留率为37.6%～62.4%,损失率为7.8%～38.6%。综合考虑水稻氮素吸收利用、水稻-土壤体系氮素养分平衡和紫云英氮在水稻中的分配状况,该研究区以FM2+CaO处理为最优。     

半干旱黄土区苜蓿草地轮作农田土壤氮、磷和有机质变化

大田试验研究了多年生苜蓿草地轮作农田2年内的耕层土壤氮、磷养分和有机质变化.结果表明,与苜蓿连作相比,苜蓿草地轮作成农田后,土壤N和有机质消耗增加,2年中耕层土壤全氮含量平均分别下降了5.4%和19.5%、有机质下降了46.8%和28.2%,土壤全磷无显著变化;轮作提高了土壤氮、磷养分有效性及其活化率,土壤硝态氮含量2年分别提高了15.5%和159.1%、速效磷含量提高了44.5%和48.0%,差异显著.不同轮作方式对土壤养分变化有显著影响.苜蓿草地轮作后第2年,种植春小麦与种植玉米相比差异显著,种植马铃薯和休闲处理土壤养分变化幅度处于二者之间.种植春小麦能够维持农田土壤肥力生长季平衡,种植玉米增加了对土壤全氮、有机质和速效磷的消耗,土壤养分含量出现季节性下降,C/N和C/P降低.在半干旱地区多年生苜蓿草地向农田转变过程中,以轮作春小麦为宜,应避免种植玉米作物,以维持农田肥力平衡.     

畜牧系统中氮素平衡计算参数的探讨

畜牧系统中N流动与平衡的研究是畜牧业进行养分资源管理的基础,而参数的确定又是研究养分循环与平衡的基础工作.本研究对该系统的N输入、输出项参数进行分析讨论,包括平衡计算中每一个输入和输出项需要的参数种类、参数的选择以及建议采用的数值.讨论过程参考了大量的文献资料和统计数据,初步确定了我国畜牧系统N养分平衡计算参数.     

Modeled impacts of farming practices and structural agricultural changes on nitrogen fluxes in the Netherlands

In the Netherlands, nutrient emissions from intensive animal husbandry have contributed to decreased species diversity in (semi) natural terrestrial and aquatic ecosystems, pollution of groundwater, and possibly global warming due to N2O emissions. This paper presents the results of a modelling study presenting the impacts of both structural measures and improved farming practices on major nitrogen (N) fluxes, including NH3 and N2O emission, uptake, leaching, and runoff, in the Netherlands, using input data for the year 2000. Average annual fluxes (Gg N year(-1)) for the year 2000 were estimated at 132 for NH3 emission (160 Gg NH 3 year(-1)), 28 for N2O emission, 50 for N inflow to groundwater, and 15 for N inflow to surface water at a total N input of 1046. At this input, nitrate (NO3) concentrations in groundwater often exceeded the target of 50 mg NO3 l(-1), specifically in well-drained sandy soils. The ammonia (NH3) emissions exceeded emission targets that were set to protect the biodiversity of nonagricultural land. Improved farming practices were calculated to lead to a significant reduction in NH3 emissions to the atmosphere and N leaching and runoff to groundwater and surface water, but these improvements were not enough to reach all the targets set for those fluxes. Only strong structural measures clearly improved the situation. The NH3 emission target of 30 Gg NH3 year(-1), suggested for the year 2030, could not be attained, however, unless pig and poultry farming is completely banned in the Netherlands and all cattle stay almost permanently in low emission stables.